JP2014050767A - 排水処理装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】メタン発酵処理後の消化液中からアンモニアを効率よく除去することができる排水処理装置及び方法を提供する。
【解決手段】含窒素有機性排水をメタン発酵させるメタン発酵処理を行った消化液を、該消化液中に含まれるアンモニアを窒素ガスに変換するとともに、該消化液中に含まれる有機酸を消費する有機酸資化菌が存在する好気性条件下でアンモニアの除去処理を行う。有機酸資化菌によりアンモニアの除去処理を行うアンモニア除去処理槽１３は、前記消化液が流入する消化液流入経路１２と、アンモニア除去処理後のアンモニア除去処理水が流出するアンモニア除去処理水流出経路１４と、処理槽内の消化液を好気条件に保つための散気手段１６と、処理槽内で発生するガスを抜き出すガス導出経路１７とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水処理装置及び方法に関し、詳しくは、家畜糞尿等のアンモニア態窒素を含む含窒素有機性排水を処理するのに適した排水処理装置及び方法に関する。
家畜糞尿のような畜産排水や、食品排水、汚泥脱離液等の含窒素有機性排水は、高濃度の有機物を含有するため、従来から、有機物をメタン発酵させることによりメタンガスとして回収し、新エネルギーとして利用することが行われている。さらに、メタン発酵後の消化液には、アンモニアが高濃度で含まれているため、通常の生物処理の適用が困難である。このため、物理的な処理方法として、アンモニアストリッピング法によって消化液中からアンモニアを気散させることが提案されている。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００９−６６５５９号公報
通常、アンモニアストリッピングでは、消化液にアルカリ剤を添加してアルカリ性にするとともに、消化液を加温することによってアンモニアの気散効率を向上させるようにしている。このため、消化液中からアンモニアを除去するためにアルカリ剤と加温用エネルギーとを必要とし、ランニングコストが上昇する原因の一つとなっていた。したがって、アンモニアストリッピング法を適用して効果的な処理を行えるケースは、少ないというのが現状である。
そこで本発明は、メタン発酵処理後の消化液中からアンモニアを効率よく除去することができる排水処理装置及び方法を提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明の排水処理装置は、含窒素有機性排水をメタン発酵させるメタン発酵処理手段から導出される消化液中のアンモニアを除去するアンモニア除去手段を備えた排水処理装置において、前記アンモニア除去手段は、処理槽と、前記メタン発酵処理手段から導出された消化液を前記処理槽に流入させる消化液流入経路と、アンモニア除去処理を行ったアンモニア除去処理水を前記処理槽から流出させるアンモニア除去処理水流出経路と、前記処理槽内の消化液を好気条件に保つための散気手段と、前記処理槽内で発生するガスを処理槽内から抜き出すガス導出経路とを備えるとともに、前記処理槽内の消化液中に、該消化液中のアンモニアを窒素ガスに変換するとともに、該消化液中の有機酸を消費する有機酸資化菌、例えばアルカリゲネス菌が含まれていることを特徴としている。
また、本発明の排水処理方法は、含窒素有機性排水をメタン発酵させるメタン発酵処理を行った消化液中のアンモニアを除去する排水処理方法において、前記消化液を、該消化液中に含まれるアンモニアを窒素ガスに変換するとともに、該消化液中に含まれる有機酸を消費する有機酸資化菌、例えばアルカリゲネス菌が存在する好気性条件下でアンモニアの除去処理を行うこと、前記アンモニア除去手段は、前記処理槽内に前記有機酸資化菌を補充する菌補充手段を備えていることを特徴としている。
本発明によれば、メタン発酵処理の消化液中のアンモニアは、好気性条件下で、有機酸資化菌、例えばアルカリゲネス菌によって窒素ガスに変換されて除去されるとともに、有機酸資化菌が消化液中の有機酸を消費することによって消化液がアルカリ性となり、消化液中のアンモニアがガス化して気散することにより消化液中から除去される。
本発明の排水処理装置の一形態例を示す説明図である。 実施例１における反応装置内のｐＨ変化を示す図である。 実施例１における消化液原液中のアンモニア濃度、処理水中のアンモニア濃度及び窒素除去速度の関係を示す図である。
本形態例に示す排水処理装置は、メタン発酵処理手段であるメタン発酵処理槽１１と、該メタン発酵処理槽１１の下流側に消化液流入経路１２を介して設けられたアンモニア除去手段であるアンモニア除去処理槽１３と、該アンモニア除去処理槽１３の下流側にアンモニア除去処理水流出経路１４を介して設けられた後処理槽１５とを備えている。なお、本発明では、通常、前記メタン発酵処理槽１１から消化液流入経路１２を通ってアンモニア除去処理槽１３に流入する消化液中のアンモニア性窒素濃度が、１０００ｍｇ−Ｎ／Ｌ以上を対象としている。
アンモニア除去処理槽１３の底部には、該処理槽１３内の消化液を好気条件に保つとともに、消化液を流動させるための空気を消化液中に散気する散気手段１６が設けられている。また、アンモニア除去処理槽１３の上部には、該処理槽１３内で発生したガスを散気した空気と共に処理槽１３内から抜き出すガス導出経路１７が設けられており、該ガス導出経路１７には、処理槽１３内から抜き出したガス中に含まれるアンモニアガスを、例えば水に溶解させてガス中から分離するアンモニアガス分離手段１８が設けられている。
アンモニア除去処理槽１３内の消化液中には、有機酸資化菌、例えばアルカリゲネス菌、具体的には、特許３７５００５３号公報に記載されているアルカリゲネス・フェカリスＮｏ．４株が含まれている。この有機酸資化菌は、好気条件下で、消化液中に含まれるアンモニア態の窒素を窒素ガスに変換しながら、消化液中に含まれる有機酸を消費するとともに、高い増殖速度で増殖する。したがって、アンモニア除去処理槽１３に流入した消化液中のアンモニアは、有機酸資化菌により窒素ガスに変換されて消化液中から除去される。また、有機酸資化菌が有機酸を消費することによって消化液のｐＨが上昇するため、消化液中のアンモニアが遊離してガス化しやすくなる。ガス化したアンモニアガスは、散気された空気の気泡と一緒に消化液中を上昇して消化液から気散し、ガス導出経路１７から抜き出される。アンモニア除去処理槽１３内の有機酸資化菌の菌数は、１０７個／Ｌ以上が好ましく、１０８個／Ｌ以上が特に好ましい。また、アンモニア除去処理槽１３内のｐＨは、９．２以上が好ましく、９．３以上が特に好ましい。アンモニア除去処理槽１３内を所望のｐＨに調整するためには、アンモニア除去処理槽１３内に有機酸資化菌を補充する菌補充手段１９を用意しておけばよい。
前記メタン発酵処理槽１１は、周知のメタン発酵処理を行うものであって、例えば、家畜糞尿等の含窒素有機性排水を原料としてメタンガスを含むバイオガスを発生させるバイオガスプラントである。また、後処理槽１５は、アンモニア除去処理槽１３での処理によってアンモニア濃度が低下したアンモニア除去処理水を、液肥などとして再利用可能な状態にしたり、河川に放流可能な状態にしたりするものであって、例えば、嫌気性発酵処理、アナモックス処理、脱窒誘導型曝気処理などの周知の方法を採用することができる。
このように、家畜糞尿などを原料としたバイオガスプラントのメタン発酵で発生した、アンモニアを高濃度で含む消化液を、好気性条件下で有機酸資化菌と接触させることにより、消化液中のアンモニアを窒素ガスに変換して消化液中から除去できるとともに、有機酸が消費されることからアルカリ剤でｐＨ調節を行うことなく消化液がアルカリ性となり、アンモニアの気散を促進できるため、消化液中のアンモニアを効率よく除去することができる。また、有機酸資化菌は、消化液中で自然に増殖するので、他の薬剤を必要としないことから、ランニングコストの低減を図ることができる。さらに、有機酸資化菌は、１５〜３７℃の自然な温度範囲内でアンモニアを除去しながら増殖することから、加温エネルギーも不要である。
なお、消化液などの被処理水から固形物を分離する必要があるときには、分離対象となる固形物の性状に応じた固液分離手段を適宜な位置に設けることができる。
実験装置は、１ＬのビーカーからなるＳＢＲタイプ反応装置であって、散気装置、消化液注入ポンプ、処理水排出ポンプを備えている。一日の処理量は、実験１０日目までは１００ｍｌで、それ以降は１５０ｍｌに設定した。散気量は５００ｍｌ／Ｌとした。ＮＨ４−Ｎ濃度が３６００ｍｇ／Ｌ、ｐＨ７．８の消化液を原水に用いて連続実験を行った。実験開始時に、Alcaligenes faecalis No.４菌の種菌のほかに、クエン酸ナトリウム１０ｇを最初に一回だけ添加した。実験結果を図２及び図３に示す。
この実験結果から、実験が進むに連れてｐＨが９．４〜９．５で安定することがわかる。そして、処理水のアンモニア濃度は、原水の３６００ｍｇ／Ｌから平均１３０ｍｇ／Ｌまでに低減できることがわかる。
１１…メタン発酵処理槽、１２…消化液流入経路、１３…アンモニア除去処理槽、１４…アンモニア除去処理水流出経路、１５…後処理槽、１６…散気手段、１７…ガス導出経路、１８…アンモニアガス分離手段、１９…菌補充手段

Claims (5)

  1. 含窒素有機性排水をメタン発酵させるメタン発酵処理手段から導出される消化液中のアンモニアを除去するアンモニア除去手段を備えた排水処理装置において、前記アンモニア除去手段は、処理槽と、前記メタン発酵処理手段から導出された消化液を前記処理槽に流入させる消化液流入経路と、アンモニア除去処理を行ったアンモニア除去処理水を前記処理槽から流出させるアンモニア除去処理水流出経路と、前記処理槽内の消化液を好気条件に保つための散気手段と、前記処理槽内で発生するガスを処理槽内から抜き出すガス導出経路とを備えるとともに、前記処理槽内の消化液中に、該消化液中のアンモニアを窒素ガスに変換するとともに、該消化液中の有機酸を消費する有機酸資化菌が含まれていることを特徴とする排水処理装置。
  2. 前記有機酸資化菌は、アルカリゲネス菌であることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
  3. 含窒素有機性排水をメタン発酵させるメタン発酵処理を行った消化液中のアンモニアを除去する排水処理方法において、前記消化液を、該消化液中に含まれるアンモニアを窒素ガスに変換するとともに、該消化液中に含まれる有機酸を消費する有機酸資化菌が存在する好気性条件下でアンモニアの除去処理を行うことを特徴とする排水処理方法。
  4. 前記有機酸資化菌は、アルカリゲネス菌であることを特徴とする請求項３記載の排水処理方法。
  5. 前記アンモニア除去手段は、前記処理槽内に前記有機酸資化菌を補充する菌補充手段１９を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の排水処理方法。
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